Мутації гена неверлендів перетворили Drosophila pachea на спеціалізований вид

Майкл Ленг

1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, Франція

Софі Мурат

1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, Франція

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Ендрю Г. Кларк

3 Кафедра молекулярної біології та генетики, Корнельський університет, Ітака, Нью-Йорк, США

Жеральдін Гуппіл

1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, Франція

Кетрін Блейз

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Лучано М. Мацкін

4 Відділ біологічних наук, Університет штату Алабама в Хантсвіллі, 301 Спаркмен-Драйв, Хантсвілль, АЛ 35899, США

Емілі Гіттар

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Такудзі Йошіяма - Янагава

5 Вища школа біологічних та екологічних наук, Університет Цукуби, Теннудай 1-1-1, Цукуба, Ібаракі 305-8572, Японія

6 Департамент інтегрованих біологічних наук, Вища школа прикордонних наук, Токійський університет, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8562, Японія

Хіросі Катаока

Рюсуке Ніва

5 Вища школа біологічних та екологічних наук, Університет Цукуби, Теннудай 1-1-1, Цукуба, Ібаракі 305-8572, Японія

Рене Лафонт

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Шанталь Дофін - Вільман

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Virginie Orgogozo

1 CNRS UMR7592, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Institut Jacques Monod, 15 rue Hélène Brion, 75205 Paris cedex 13, Франція

2 UPMC, Univ Paris 06, CNRS, Bâtiment A, 7 quai Saint Bernard, 75005 Париж, Франція

Пов’язані дані

Анотація

Більшість живих видів використовують обмежений спектр ресурсів. Однак мало відомо про те, наскільки тісні зв'язки формуються під час еволюції між спеціалізованими видами та господарями, яких вони використовують. Ми дослідили залежність підшкірного падіння дрозофіли від її єдиного хазяїна, кактуса сеніти. Кілька змін амінокислот в оксигеназі Неверленду призвели до того, що D. pachea не може перетворити холестерин у 7-дегідрохолестерин (перша реакція в біосинтетичному шляху стероїдного гормону у комах), і, таким чином, D. pachea залежить від незвичних стеринів рослини-господаря. Мутації неверленду збільшують виживання на кактусових незвичних стеринах і перебувають у геномній області, яка нещодавно зазнала позитивного відбору. Це дослідження ілюструє, як порівняно невеликі генетичні зміни в одному гені можуть обмежити екологічну нішу виду.

60 поколінь) без видимих дефектів (8).

Передбачуваний шлях біосинтезу екдизону (A) та НВД у D. pachea. () Структура білка NVD. (C.) Вирівнювання декількох послідовностей білка NVD. П’ять мутацій (коробок) тестували in vitro. Для вирівнювання повних послідовностей білка NVD з додатковими видами комах див. Рис. S8.

Конверсія холестерину в 7DHC каталізується еволюційною консервативною оксигеназою домену Ріске, Неверленд (NVD) у комах та нематод (9, 10). Щоб перевірити, чи є мутація (и) в nvd відповідальною за залежність D. pachea від його кактуса-господаря, ми секвенували область кодування nvd (8) від D. pachea та трьох найбільш близьких видів D. nannoptera, D. acanthoptera і D . wassermani, які харчуються іншими кактусами (11) (таблиця S1–2, рис. S1). У послідовності D. pachea не виявлено стоп-кодону або вставок/делецій, але співвідношення частот несинонімічної заміни (dN) порівняно із синонімічною заміною (dS) значно вище у гілці, що веде до D. pachea (таблиці S3, рис. S2). Ми помітили, що кілька амінокислот, що демонструють високий рівень збереження серед комах та хребетних, відрізняються у D. pachea NVD (рис. 1B – C). Ми спостерігали, що у личинок D. pachea третьої стадії, як у D. melanogaster (9) та D. acanthoptera, nvd експресується лише в проторакальній залозі (рис. S3), органі, єдиною відомою функцією якого є вироблення екдизону (12) . Тому ми робимо висновок, що функція НВД, якщо така є, повинна бути пов’язана з виробленням стероїдних гормонів.